无线通信方式及无线基站装置的制作方法
专利名称：无线通信方式及无线基站装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝无线通信的基站装置中的信号发送方法，特别涉及使用阵列天线等多个天线元件向特定方向发送信号的波束形成的方式。
背景技术：
在蜂窝无线通信中，出于使天线增益提高或者降低对其他通信的干涉的目的，考虑使用阵列天线。在阵列天线中实施被称为“波束形成”的信号处理技术，该信号处理技术为，通过对多个天线元件乘以由复数形成的阵列权重后进行信号发送或信号接收，从而提供强化了向特定方向的天线增益的指向性图形。一般通过数字信号处理来控制阵列权重，可以在特定的定时自由变更。由此，可以对应用户的行动来适当地变更天线增益，从而进行总是提供最佳天线辐射图形(antenna pattern)的自适应天线阵处理。此外，在OFDM通信中，在通过使用FFT的信号处理分解成相互正交的频率成分来发送信号时，通过设计对各个被分解的频率的每个频调(tone)乘以上述阵列权重的运算，从而向每个频率提供不同的天线辐射图形，例如在IEEE C802.20-05-59rl http://ieee802.org/20/DFDDTechnology Overview Presentation(2005/11/15)(非专利文献1)中公开了根据OFMA(Orthogonal Frequency Domain Multiple Access正交码分多址)中的每个用户改变阵列权重的处理。
在进行从基站到终端的信号发送的下行链路中，在决定阵列权重时，特别是在FDD系统中很难根据上行链路信息推测下行链路信息，所以很难实施适当地变化阵列权重来总是确保良好的C/I的自适应天线阵处理。因此，公知有下述方式，即按时间或频率变化固定的阵列天线辐射图形，各用户配合朝向自己方向的指向性图形的波束(时间限定或频率限定)被发送的定时或频率，来进行信号的发送或接收，由此总是确保良好品质的通信环境。
图1表示现有技术的实施例。这里，假设窄带的通信。横轴表示时间，记号A～D表示SDMA(Spatial Domain Multiple Access空分多址)的天线辐射图形。所谓SDMA的天线辐射图形，表示使用例如图2所示的可以形成12个单独的固定波束的阵列天线来在图4所示的3个方向上形成波束的峰值的4种天线辐射图形。例如，在天线辐射图形A中，波束1、5和9被同时发送。
使用图12说明向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。图12是最大同时发送3个信号的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接在网络上的网络接口8从网络取得接下来发送的信息，并且存储在缓冲器7中。所存储的信息的发送定时及调制方式(这里未记载)由调度器决定。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等信息，来决定调制方式。基于每个通话的优先顺序及CSI，决定发送定时。例如，基于正比公平调度等调度算法追加考虑到是否是实时通信等需要来决定。此时，由于如图1所示预先决定可以发送的波束，所以在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。
从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，通过编码部6进行传播信道的编码及64QAM等的映射等处理。这里，如6-1～6-3那样准备多个编码部6，并行地处理最大面向3个用户的信号。接着将编码部6处理后的信号输入信道形成部5-X，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。在信道形成部5-X中新增加用于在蜂窝内发送通用信息的信道形成部5-4，同时生成4个信号。将各个信号变换成乘以通过下行的波束形成部4-X形成波束所需的阵列权重之后的每个天线的信号。这些信号在信号合成部20中按每个天线进行相加，从而4个信号(用户信号×3+通用控制信号×1)合成为1个。合成后的每个天线的信号在模拟前端部2中经由模拟变换及频率变换进行适当的信号放大之后，从天线1发送。
通过这样的处理，可以并列执行并生成及合成根据各SDMA图形的信息，并从天线发送。各波束被设计成在主波束的方向之外旁瓣的电平例如抑制在-20dB，理想波和干涉波的功率比即D/U为充分高的值。其结果是，即使同时发送3个波束，也可以在D/U为-17dB的程度下动作，可以实施SDMA(Spatial Domain multiplexaccess空分多址)。
此外，在仅发送图形A的基站中，只能与特定方向的用户进行良好的通信。因此，通过随时间变更SDMA图形，还可以对12波束中的某一个方向上存在的用户进行通信。若返回图1，则在该例中，在时间上SDMA天线辐射图形以某个规定时间间隔按A→B→C→D→A变化。若从上空观看基站，可以观看到，向3个方向发送信号的波束随着时间的变化，一边推进器逆时针旋转地进行旋转，一边向蜂窝中的全体提供波束。在该方式中，由于在以图形A进行发送之后没达到某个一定间隔则不再次进行图形A的发送，所以对于用户来说发送数据包的间隔伸长，成为传送延迟的原因。此外，虽然在信号传送中使用信道推定结果的信息使数据包调度器动作，但由于即使在图形A的发送中进行信道推定，到下一个以图形A进行发送之前还是花费时间，所以有时信道的状态变化，因此存在特别是对于高速移动的终端来说调度器不能有效工作的技术问题。
作为解决该技术问题的方法，考虑分配在如图5所示的频率区域中具有宽度的宽带中的天线辐射图形。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示频率。在该例中，通过对每个频率分配不同的天线辐射图形，在特定的频率中以固定的天线辐射图形进行发送。这样，与在时间区域中分配天线辐射图形的情况相同，也可以对12波束中的某一个方向上存在的用户进行通信，由于在特定的频率中天线辐射图形固定，所以也不会发生上述传送延迟或信道推定时的延迟问题。
使用图13说明在宽带系统中向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。图13是通过发送最大为N的信号的基于OFDMA的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接网络的网络接口8从网络取得将要发送的信息，并存储在缓冲器7中。由调度器决定所存储的信息的发送定时及调制方式(这里没有记载)。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等，来决定调制方式。基于与其他通信的优先顺序及CSI，例如基于正比公平调度等调度算法，并追加考虑到是否是实时通信等需要，来决定发送定时。此时，由于如图5所示预先决定各频带上可以发送的波束，所以在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。
从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，通过编码部6进行传播信道的编码及64QAM等的映射等处理。这里，如6-1～6--N那样准备多个编码部6，在采用图4A～图4D的SDMA图形时，在相同的频带上执行最大为3个用户的同时通信的信号处理。接着将编码部6-X处理后的信号输入信道形成部5-X，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。在信道形成部5-X新增加用于在蜂窝内发送通用信息的信道形成部5-4。。将各个信号乘以通过下行的波束形成部4-X形成波束所需的阵列权重，变换成每个天线、每个副载波的信号。接着，N+1个信号在信号合成部20中按每个天线、每个副载波进行相加，从而合成为1个。合成后的每个天线、每个副载波的信号在IFFT部3中从频域的信息变换为时域的信息，成为每个天线的信息。所获得的每个天线的时域信号在模拟前端部2中经由模拟变换及频率变换进行适当的信号放大之后，从天线1发送。
以下特别说明下行链路。在现有技术的基站装置中，介绍了在基站装置单体中沿时间轴或频率轴上固定天线辐射图形的技术。但是，在蜂窝无线通信中，并没有明确在多个基站形成组从而形成一个系统并且排列多个基站的情况下，应该怎样分配天线辐射图形。特别是在利用CDMA或OFDMA的无线通信中，由于形成频率复用为1或接近于1的系统，所以可以考虑在相应基站的相邻基站中使用与相应基站相同的频率的情况。在这种情况下，决定终端一侧的C/I的要素由信号功率、干涉信号功率以及终端所具有热噪音功率决定，信号功率由来自基站的信号强度决定，干涉信号功率由来自同一基站的其他扇区或由阵列天线形成的朝向其他用户的波束及其他蜂窝的信号决定，所以需要分配包含有周边基站的干涉的天线辐射图形。
图6表示2个基站具有频率同步的天线辐射图形时的例子。在图中横轴表示时间，纵轴表示频率。上图和下图表示2个基站的SDMA天线辐射图形的组合。这里，E、F表示合成了图3A、图3B所示的6个波束的SDMA天线辐射图形。在图中，与频率完全同步地分配天线辐射图形。因此，对于利用天线辐射图形E与基站A连接并且基站B的天线辐射图形E成为强干涉的用户来说，不存在避免来自基站B的干涉的方法。
发明内容
上述技术问题通过下述第1无线通信方式来解决，该第1无线通信方式为，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按每个频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信方法中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
此外，上述技术问题通过下述第2无线通信方式来解决，该第2无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，上述无线基站装置具有不但可以按频率还可以按时间选择指向性图形的功能，在将由频率和时间的矩阵构成的指向性图形成为固定的最小单位即元素称为信道时，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间，利用在上述2个以上的不同信道中使用相互不同的指向性图形的电波，来进行信号的发送或接收。
此外，上述技术问题通过下述第3无线通信方式来解决，该第3无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间，发送或接收在上述2个以上的不同频率使用不同的指向性图形的电波，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
此外，上述技术问题通过下述第4无线通信方式来解决，该第4无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，在相邻无线基站装置之间的指向性图形的分配中，使用沃尔什函数进行分配。
此外，上述技术问题通过下述第1无线基站装置来解决，该第1无线基站装置具有存储器，存储对多个频率的每一个都不同的指向性图形；波束形成部，根据上述存储器，将下行信号乘以阵列权重，进行每个频率的波束形成；IFFT部，对波束形成部的输出进行反向快速傅立叶转换；以及模拟前端部，将IFFT部的输出变换为模拟信号，并从天线发送；其特征在于，存储在上述存储器中的阵列权重使各天线基站装置在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在相邻的无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生不同的指向性图形。
此外，上述技术问题通过下述第2无线基站装置来解决，该第2无线基站装置的特征在于，在上述第1无线基站装置中，上述波束形成部具有不但可以按频率还可以按时间选择指向性图形的功能，在将由频率和时间的矩阵构成的指向性图形成为固定的最小单位即元素称为信道时，存储在上述存储器中的阵列权重使各无线基站装置在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在相邻的无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生不同的指向性图形。
此外，上述技术问题通过下述第3无线基站装置来解决，该第3无线基站装置的特征在于，在上述第1无线基站装置中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，存储在组内的各无线基站装置的存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在组内的不同无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生相互不同的指向性图形。
根据本发明，由于多个基站协同形成SDMA的天线辐射图形，所以若作为来自相邻基站的干涉强的用户来看，一定可以进行回避了其干涉的频率或时间的信号发送，通过与调度器组合，可以进行回避了来自相邻基站的强干涉的数据包调度。
图1是由以往的例子构成的单一基站的天线辐射图形的分配例子(窄带)。
图2是天线辐射图形的例子。
图3A、图3B是SDMA实施时的天线辐射图形的例子(6SDMA的情形)。
图4A～图4D是SDMA实施时的天线辐射图形的例子(3SDMA的情形)。
图5是由以往的例子构成的单一基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图6是由以往的例子构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图7是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图8是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(6SDMA的情形)。
图9是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(3SDMA的情形)。
图10是由本发明构成的无线基站装置的结构图。
图11是本发实施时的C/I的频率特性的例子。
图12是由以往的例子构成下行SDMA波束发送装置(窄带)。
图13是由以往的例子构成下行SDMA波束发送装置(宽带)。
图14是信道分配的流程图。
图15是系统整体的结构图。
具体实施例方式
以下说明由本发明构成的实施例。图7表示在相邻的基站之间通过频率变更SDMA天线辐射图形的组合的情况。如技术问题中所说明的那样，在图6的情况下很难回避相邻基站之间的干涉。但是，通过如图7所示在相邻的基站之间按每个频率使天线辐射图形适当地不同地进行决定，从而可以分配避免了来自其他基站的干涉波束的影响的数据包。例如，若利用天线辐射图形(指向性图形)E与基站A连接，并且考虑到基站B的天线E形成强干涉波束的用户，则对于基站A来说，频率F0～F7中的F0～F3为合适的天线辐射图形，其中，在基站B中，F1和F2成为在天线辐射图形F下发送的状态。因此，该用户通过优先利用F1或者F2，可以避免来自相邻基站的干涉影响，并进行通信。
在蜂窝通信中，由于在周围存在多个基站，需要避免来自它们的干涉波束的影响，所以在波束的频率轴上或者时间轴上作为某个区域进行使用沃尔什(Walsh)函数的波束分配。由此，使来自周边基站的干涉波束所引起的影响虚拟随机化。
其结果是，作为某个终端来看，在波束朝向自己的频率(或者时间)中，产生了发生来自给予强干涉的基站的干涉的频率(或者时间)、和回避了干涉的频率(或者时间)，在信道的状态上产生很大分散。由于信道的分配是根据信道状态来进行调度，所以优先选择干涉小的频率(或者时间)，并自然回避。并且，由于可以给每个终端分配难以受到干涉的频率，所以可以使作为基站整体或通信系统整体的通信容量提高。
将图3A、图3B所示的同时发送6个波束的系统作为例子来说明第一实施例。
图3A的天线辐射图形E(1、3、5、7、9、11)和图3B的天线辐射图形F(2、4、6、8、10、12)表示分别对6个用户同时发送信号的天线辐射图形。例如如图8所示地进行相邻蜂窝之间的天线辐射图形的配置。在图8中，六角形的蜂窝表示各基站的服务区域。在六角形的中心配置基站。例如，可以看到位于图中央的名字为d的蜂窝。在蜂窝内描述有“EEEEFFFF”。这表示频率与天线辐射图形的对应。从左开始看的第一个E表示频率最低的频带的天线辐射图形为E。并且表示出，接下来的频带也同样是E图形，再接下来也为E图形，这样连续4个E图形之后再连续4个F图形。即频率F0——E图形频率F1——E图形频率F2——E图形频率F3——E图形频率F4——F图形频率F5——F图形频率F6——F图形频率F7——F图形表示出如以上所示分配天线辐射图形。将该频率与天线辐射图形的连接称为“d图形”。观察d图形的蜂窝周边，一定有d图形之外的图形包围在周围，不存在与d图形相邻的d图形。若观察相邻的图形之一，例如在“a图形”中，如频率F0——E图形频率F1——E图形频率F2——F图形频率F3——F图形频率F4——F图形频率F5——F图形频率F6——F图形频率F7——F图形所示，天线辐射图形与d图形相比改变了组合。如图7所说明的那样，在相邻的蜂窝之间避免了干涉波束。该关系被设计成对于a图形～g图形中的任两个来说都成立。因此，一定存在回避了来自相邻基站的干涉波束所引起的影响的频率，在调度中通过选择适当的频率，可以回避来自相邻基站的干涉波束的影响。若观察图8，a图形～g图形以7个蜂窝为单位重复配置。因此，被配置成，无论对于哪个蜂窝来说，配置在周围的6个蜂窝与相应蜂窝的图形都不同，所以可以回避干涉。因此，可以解决技术问题。
这里，利用沃尔什函数来设计频率与天线辐射图形的对应配置。若利用长度N的沃尔什函数，则可以设计N-1组天线辐射图形。例如，在N＝4的情况下，可以制作“1111”、“1100”、“1001”、“1010”这4个沃尔什符号。由于第一个“1111”全都是1，所以排除这个而使用“1100”、“1001”、“1010”这3个来设计天线辐射图形。天线辐射图形在如图3A、图3B所示为独立的两个图形的情况下，只要将1置换成天线辐射图形E，将0置换为天线辐射图形F，即完成设计。即为“EEFF”、“EFFE”、“EFEF”。由于在N＝4的情况下，蜂窝重复为3，所以在特定基站的周边不存在与自己本身相同的图形，但有时存在周边基站之间具有相同天线辐射图形的情况。因此，存在难以回避特定的干涉图形的情况。另一方面，若N＝8，则重复为7，所以在六角形蜂窝的情况下，如图8所示，在特定蜂窝的周围天线辐射图形一定与自己不同，可以设计成在周围的6个基站之间天线辐射图形也一定不同。因此，充分进行了天线辐射图形的随机化，回避干涉的效果也很大。通过利用沃尔什函数对频率和天线辐射图形的配置进行设计，使相邻基站的频率-指向性图形的建立对应图形正交化，从而得到蜂窝设计更加容易的效果。但是，即使没有使该建立对应图形完全正交化，如果可以确保频率-天线辐射图形的建立对应图形在相邻基站中不同，则可以得到终端中的通信高速化及提高基站中的容量的效果。
图11表示在终端一侧观测到的C/I的模式图。在图中横轴为频率，纵轴为观测到的C/I。对于该终端来说，在特定的频率100及102中，在电波最强的服务基站中使波束朝向该终端的方向发出信号。另一方面，来自相邻的基站的干涉也很大，特别是在频率102中干涉波束朝向该终端的方向。作为结果，观测到频率100是C/I最好的通信信道，并向服务基站报告。在服务基站中，例如根据正比公平调度等调度算法，进行对相应终端的信道分配。由于在正比公平调度中基于C/I进行信道分配，所以频率100被优先分配给相应终端。
使用图14说明信道分配的流程图。在图14中，纸面纵轴表示时间轴，表示时间向下段经过。3个轴分别表示基站、终端A、B，箭头表示从各个轴发出的信号的流向。首先，从基站发送信道测量用的导频信号200、201。根据天线辐射图形发送导频信号。终端A及B分别测量导频的C/I，并如图11所示制作C/I的频率分布。根据所制作的C/I结果，制作传播信道信息(CSIChannelState Information)202、203，发送给基站。CSI也可以发送整个频率的信息，但由于消耗无线频带，所以也可以仅发送超过了规定阈值的频率的传播信道信息。基站基于发送来的CSI进行信道的调度。基于调度结果，将信道分配结果204发送给相应的终端。基站还基于调度，向终端发送数据205。终端在发送来的调度中接收信号205。
使用图15表示系统整体的控制例。在图15中，2个基站300、301连接网络304，各个基站根据来自控制站302的指示被指定天线辐射图形。在特定的基站(例如300)中，业务量的请求增加。控制站302关于这样的业务量状况，定期接收来自基站的报告。在业务量超过阈值的情况下，为了优先进行业务量的分配，向周边基站发出调度抑制指示。接收到调度抑制指示的基站(例如301)进行调度的抑制，将信道分配率例如抑制在80％。与此相伴，从基站301发送信号的概率降低到80％。结果为，基站300的通信的C/I提高，并且吞吐量提高。
或者，从控制站发送动态地变更天线辐射图形的指示的方法也包括在本发明的范畴中。例如，在设置新的基站的情况下及如上所述特定区域的业务量暂时上升的情况下等，特别是向配置很多终端的方向发送希望发送很多波束的请求的情况。在这种情况下也是根据来自基站的天线辐射图形变更请求，从控制站302发送天线辐射图形变更的指示(或者许可)。基站以应答其的形式使希望发送很多波束的方向的波束图形增加。由此可以应对局部产生的业务量的增加。此外，在控制站302中，可以统一掌握该区域的基站信息，所以可以在保持管理简单的状态下进行由天线辐射图形的变更所引起的业务量的管理。
使用图9说明第2实施例。在本实施例中，使用图4A～图4D所示的4个天线辐射图形。
观察图4A～图4D的天线辐射图形，图4A的天线辐射图形A和图4C的天线辐射图形C相互之间的波束的朝向相反，空间轴上的正交性很高。此外，图4B的天线辐射图形B和图4D的天线辐射图形D也可以说是相同的。相反，在天线辐射图形A和天线辐射图形B中，由于例如波束1和2朝向相邻的方向，所以存在旁瓣与相互的主瓣相关的可能性，不能说正交性一定就高。这表示出，在天线辐射图形A和天线辐射图形B成一对的情况下，两个天线辐射图形对特定终端给予干涉的可能性很大。即表示出，在相邻的基站的天线辐射图形A为最强的干涉而回避其的情况下，在所剩下的选项只有天线辐射图形B时，很多情况下不能取得充分的回避干涉的效果。因此，在本实施例中，考虑使天线辐射图形A和天线辐射图形C成一对，并且使天线辐射图形B和天线辐射图形D成一对。若这样考虑，通过与实施例1相同的方法，就可以进行天线辐射图形A和天线辐射图形C的分配。并且，同样地，也可以进行天线辐射图形B和天线辐射图形D的分配。图9中利用这样的设计方法来分配天线辐射图形A～D。因此，在六角形蜂窝的情况下，如图9所示的例子那样，在特定蜂窝周围的蜂窝的天线辐射图形一定与自己的不同，周围的6个蜂窝也是相互之间的天线辐射图形不同。因此天线辐射图形的随机化充分，可以解决技术问题。
使用图10，说明在宽带系统中向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。
图13是同时发送最大N的信号的OFDMA基础的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接网络的网络接口8从网络取出将要发送的信息，并且存储到缓冲器7中。所存储的信息的发送定时及调制方式由调度器13决定。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等，来决定调制方式。基于与其他通信的优先顺序及CSI，例如，基于正比公平调度等调度算法追加考虑到是否是实时通信等需要，来决定发送定时。在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，由编码部6进行路径的编码及64QAM等的映射等处理。由于在图3的SDMA图形中进行发送，所以编码部6在同一频带中执行最大达6个用户同时通信的信号处理。将编码部6处理后的信号接着输入信道形成部5，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。通过下行的波束形成部4将信道形成部5的输出乘以形成波束所需的阵列权重，将在相同频率下同时发送的信号相加，从而合成每个天线、每个副载波的信号。下行波束形成部4通过下行的波束形成控制部10被指定了阵列权重。在本实施例中，由于实施了基于如图8所示预先决定的设计的阵列权重的组合，所以在阵列权重用的存储器11中预先存储阵列权重。波束形成控制部10参照该阵列权重，对下行波束形成部4指定阵列权重。在IFFT部3中，通过波束形成部被合成为每个天线信号的每个天线、每个副载波的信号被从频域的信息变换为时域的信息，形成每个天线的信息。在模拟前端部2中将所获得的每个天线的时域信号经模拟变换及频率变换进行了适当的信号放大之后，从天线1发送。图10的上行链路也进行同样的动作。即，在模拟前端部2中将天线1所接收的信号变换为基带信号，并按适当的定时在进行FFT运算的FFT部14中变化为频域。在上行波束形成部15中通过适应控制对频域信息进行波束形成。但是，在上行中也可以使用固定的波束。通过波束形成控制部12计算用于波束形成的阵列权重。由于波束形成而降低了干涉的信号通过信道分离部16被分离了导频信号等，由解码部17进行检波和解映射、传播信道解码等处理，来形成用户的信息。经由网络接口将所获得的信息发送给网络。信道分离部16除了分离导航信息之外，还分离CSI及ACK等MAC信息。分离后的这些信息被调度器使用。
在本实施例中，为了实施图8的天线辐射图形，在存储器11中预先存储面向各基站的信息。但是，在蜂窝通信中，由于设置新的基站等而状态总是在不断变化，所以可以从网络变更天线辐射图形的信息的结构是很方便的。因此，设计了下述结构，即，存在将信息从网络接口传送给包含调度器等控制部的DSP9的路由器，经由该路由器变更存储器11的阵列权重。
工业实用性根据本发明，在蜂窝通信等使用无线的通信中，可以使用天线阵列确保高效的通信。特别是对于在蜂窝边界的用户来说，也可以容易地回避来自相邻无线基站装置的干涉。
权利要求
1.一种无线通信方法，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信方法中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
2.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，上述无线基站装置具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
3.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
4.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，使用沃尔什函数生成相邻无线基站装置之间的频率与指向性图形的对应图形。
5.一种无线基站装置，具有存储器，存储对多个频率的每一个都不同的指向性图形；波束形成部，根据存储在上述存储器中的指向性图形，将下行信号乘以阵列权重，进行每个频率的波束形成；IFFT部，对波束形成部的输出进行反向快速傅立叶转换；以及模拟前端部，将IFFT部的输出变换为模拟信号，并从天线发送；其特征在于，存储在上述存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在与相邻的无线基站装置不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应。
6.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，上述波束形成部具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，存储在上述存储器中的阵列权重使在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在与相邻的无线基站装置不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应。
7.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，在该无线基站装置所属无线通信系统中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，存储在组内的各无线基站装置的存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，该阵列权重在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应。
8.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，为了生成上述与相邻的无线基站装置不同的对应图形，使用沃尔什函数规定频率与指向性图形的对应建立。
9.一种无线通信系统，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信系统中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
10.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，上述无线基站装置具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
11.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
12.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，使用沃尔什函数生成相邻无线基站装置之间的频率与指向性图形的对应图形。
全文摘要
本发明是天线辐射图形的分配方法，在蜂窝型的宽带通信中，将多个基站作为组，形成一个无线系统，在多个基站排列的情况下，可以回避相互之间的干涉。在无线系统中，在分配每个频率不同的固定波束图形时，各无线基站装置使用在2个以上不同的频率中在同一方向上具有峰值的指向性图形进行电波的发送。并且，在相邻的无线基站装置之间，使用在上述2个以上不同的频率中相互不同的指向性图形进行电波的发送。
文档编号H04B7/005GK101034924SQ200710005459
公开日2007年9月12日 申请日期2007年2月8日 优先权日2006年3月6日
发明者桑原干夫, 藤岛坚三郎, 平良正宪 申请人:株式会社日立制作所, 日立通讯技术株式会社
技术领域：
本发明涉及蜂窝无线通信的基站装置中的信号发送方法，特别涉及使用阵列天线等多个天线元件向特定方向发送信号的波束形成的方式。
背景技术：
在蜂窝无线通信中，出于使天线增益提高或者降低对其他通信的干涉的目的，考虑使用阵列天线。在阵列天线中实施被称为“波束形成”的信号处理技术，该信号处理技术为，通过对多个天线元件乘以由复数形成的阵列权重后进行信号发送或信号接收，从而提供强化了向特定方向的天线增益的指向性图形。一般通过数字信号处理来控制阵列权重，可以在特定的定时自由变更。由此，可以对应用户的行动来适当地变更天线增益，从而进行总是提供最佳天线辐射图形(antenna pattern)的自适应天线阵处理。此外，在OFDM通信中，在通过使用FFT的信号处理分解成相互正交的频率成分来发送信号时，通过设计对各个被分解的频率的每个频调(tone)乘以上述阵列权重的运算，从而向每个频率提供不同的天线辐射图形，例如在IEEE C802.20-05-59rl http://ieee802.org/20/DFDDTechnology Overview Presentation(2005/11/15)(非专利文献1)中公开了根据OFMA(Orthogonal Frequency Domain Multiple Access正交码分多址)中的每个用户改变阵列权重的处理。
在进行从基站到终端的信号发送的下行链路中，在决定阵列权重时，特别是在FDD系统中很难根据上行链路信息推测下行链路信息，所以很难实施适当地变化阵列权重来总是确保良好的C/I的自适应天线阵处理。因此，公知有下述方式，即按时间或频率变化固定的阵列天线辐射图形，各用户配合朝向自己方向的指向性图形的波束(时间限定或频率限定)被发送的定时或频率，来进行信号的发送或接收，由此总是确保良好品质的通信环境。
图1表示现有技术的实施例。这里，假设窄带的通信。横轴表示时间，记号A～D表示SDMA(Spatial Domain Multiple Access空分多址)的天线辐射图形。所谓SDMA的天线辐射图形，表示使用例如图2所示的可以形成12个单独的固定波束的阵列天线来在图4所示的3个方向上形成波束的峰值的4种天线辐射图形。例如，在天线辐射图形A中，波束1、5和9被同时发送。
使用图12说明向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。图12是最大同时发送3个信号的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接在网络上的网络接口8从网络取得接下来发送的信息，并且存储在缓冲器7中。所存储的信息的发送定时及调制方式(这里未记载)由调度器决定。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等信息，来决定调制方式。基于每个通话的优先顺序及CSI，决定发送定时。例如，基于正比公平调度等调度算法追加考虑到是否是实时通信等需要来决定。此时，由于如图1所示预先决定可以发送的波束，所以在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。
从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，通过编码部6进行传播信道的编码及64QAM等的映射等处理。这里，如6-1～6-3那样准备多个编码部6，并行地处理最大面向3个用户的信号。接着将编码部6处理后的信号输入信道形成部5-X，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。在信道形成部5-X中新增加用于在蜂窝内发送通用信息的信道形成部5-4，同时生成4个信号。将各个信号变换成乘以通过下行的波束形成部4-X形成波束所需的阵列权重之后的每个天线的信号。这些信号在信号合成部20中按每个天线进行相加，从而4个信号(用户信号×3+通用控制信号×1)合成为1个。合成后的每个天线的信号在模拟前端部2中经由模拟变换及频率变换进行适当的信号放大之后，从天线1发送。
通过这样的处理，可以并列执行并生成及合成根据各SDMA图形的信息，并从天线发送。各波束被设计成在主波束的方向之外旁瓣的电平例如抑制在-20dB，理想波和干涉波的功率比即D/U为充分高的值。其结果是，即使同时发送3个波束，也可以在D/U为-17dB的程度下动作，可以实施SDMA(Spatial Domain multiplexaccess空分多址)。
此外，在仅发送图形A的基站中，只能与特定方向的用户进行良好的通信。因此，通过随时间变更SDMA图形，还可以对12波束中的某一个方向上存在的用户进行通信。若返回图1，则在该例中，在时间上SDMA天线辐射图形以某个规定时间间隔按A→B→C→D→A变化。若从上空观看基站，可以观看到，向3个方向发送信号的波束随着时间的变化，一边推进器逆时针旋转地进行旋转，一边向蜂窝中的全体提供波束。在该方式中，由于在以图形A进行发送之后没达到某个一定间隔则不再次进行图形A的发送，所以对于用户来说发送数据包的间隔伸长，成为传送延迟的原因。此外，虽然在信号传送中使用信道推定结果的信息使数据包调度器动作，但由于即使在图形A的发送中进行信道推定，到下一个以图形A进行发送之前还是花费时间，所以有时信道的状态变化，因此存在特别是对于高速移动的终端来说调度器不能有效工作的技术问题。
作为解决该技术问题的方法，考虑分配在如图5所示的频率区域中具有宽度的宽带中的天线辐射图形。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示频率。在该例中，通过对每个频率分配不同的天线辐射图形，在特定的频率中以固定的天线辐射图形进行发送。这样，与在时间区域中分配天线辐射图形的情况相同，也可以对12波束中的某一个方向上存在的用户进行通信，由于在特定的频率中天线辐射图形固定，所以也不会发生上述传送延迟或信道推定时的延迟问题。
使用图13说明在宽带系统中向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。图13是通过发送最大为N的信号的基于OFDMA的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接网络的网络接口8从网络取得将要发送的信息，并存储在缓冲器7中。由调度器决定所存储的信息的发送定时及调制方式(这里没有记载)。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等，来决定调制方式。基于与其他通信的优先顺序及CSI，例如基于正比公平调度等调度算法，并追加考虑到是否是实时通信等需要，来决定发送定时。此时，由于如图5所示预先决定各频带上可以发送的波束，所以在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。
从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，通过编码部6进行传播信道的编码及64QAM等的映射等处理。这里，如6-1～6--N那样准备多个编码部6，在采用图4A～图4D的SDMA图形时，在相同的频带上执行最大为3个用户的同时通信的信号处理。接着将编码部6-X处理后的信号输入信道形成部5-X，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。在信道形成部5-X新增加用于在蜂窝内发送通用信息的信道形成部5-4。。将各个信号乘以通过下行的波束形成部4-X形成波束所需的阵列权重，变换成每个天线、每个副载波的信号。接着，N+1个信号在信号合成部20中按每个天线、每个副载波进行相加，从而合成为1个。合成后的每个天线、每个副载波的信号在IFFT部3中从频域的信息变换为时域的信息，成为每个天线的信息。所获得的每个天线的时域信号在模拟前端部2中经由模拟变换及频率变换进行适当的信号放大之后，从天线1发送。
以下特别说明下行链路。在现有技术的基站装置中，介绍了在基站装置单体中沿时间轴或频率轴上固定天线辐射图形的技术。但是，在蜂窝无线通信中，并没有明确在多个基站形成组从而形成一个系统并且排列多个基站的情况下，应该怎样分配天线辐射图形。特别是在利用CDMA或OFDMA的无线通信中，由于形成频率复用为1或接近于1的系统，所以可以考虑在相应基站的相邻基站中使用与相应基站相同的频率的情况。在这种情况下，决定终端一侧的C/I的要素由信号功率、干涉信号功率以及终端所具有热噪音功率决定，信号功率由来自基站的信号强度决定，干涉信号功率由来自同一基站的其他扇区或由阵列天线形成的朝向其他用户的波束及其他蜂窝的信号决定，所以需要分配包含有周边基站的干涉的天线辐射图形。
图6表示2个基站具有频率同步的天线辐射图形时的例子。在图中横轴表示时间，纵轴表示频率。上图和下图表示2个基站的SDMA天线辐射图形的组合。这里，E、F表示合成了图3A、图3B所示的6个波束的SDMA天线辐射图形。在图中，与频率完全同步地分配天线辐射图形。因此，对于利用天线辐射图形E与基站A连接并且基站B的天线辐射图形E成为强干涉的用户来说，不存在避免来自基站B的干涉的方法。
发明内容
上述技术问题通过下述第1无线通信方式来解决，该第1无线通信方式为，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按每个频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信方法中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
此外，上述技术问题通过下述第2无线通信方式来解决，该第2无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，上述无线基站装置具有不但可以按频率还可以按时间选择指向性图形的功能，在将由频率和时间的矩阵构成的指向性图形成为固定的最小单位即元素称为信道时，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间，利用在上述2个以上的不同信道中使用相互不同的指向性图形的电波，来进行信号的发送或接收。
此外，上述技术问题通过下述第3无线通信方式来解决，该第3无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间，发送或接收在上述2个以上的不同频率使用不同的指向性图形的电波，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
此外，上述技术问题通过下述第4无线通信方式来解决，该第4无线通信方式的特征在于，在上述第1无线通信方式中，在相邻无线基站装置之间的指向性图形的分配中，使用沃尔什函数进行分配。
此外，上述技术问题通过下述第1无线基站装置来解决，该第1无线基站装置具有存储器，存储对多个频率的每一个都不同的指向性图形；波束形成部，根据上述存储器，将下行信号乘以阵列权重，进行每个频率的波束形成；IFFT部，对波束形成部的输出进行反向快速傅立叶转换；以及模拟前端部，将IFFT部的输出变换为模拟信号，并从天线发送；其特征在于，存储在上述存储器中的阵列权重使各天线基站装置在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在相邻的无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生不同的指向性图形。
此外，上述技术问题通过下述第2无线基站装置来解决，该第2无线基站装置的特征在于，在上述第1无线基站装置中，上述波束形成部具有不但可以按频率还可以按时间选择指向性图形的功能，在将由频率和时间的矩阵构成的指向性图形成为固定的最小单位即元素称为信道时，存储在上述存储器中的阵列权重使各无线基站装置在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在相邻的无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生不同的指向性图形。
此外，上述技术问题通过下述第3无线基站装置来解决，该第3无线基站装置的特征在于，在上述第1无线基站装置中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，存储在组内的各无线基站装置的存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在组内的不同无线基站装置之间，在上述2个以上的不同频率产生相互不同的指向性图形。
根据本发明，由于多个基站协同形成SDMA的天线辐射图形，所以若作为来自相邻基站的干涉强的用户来看，一定可以进行回避了其干涉的频率或时间的信号发送，通过与调度器组合，可以进行回避了来自相邻基站的强干涉的数据包调度。
图1是由以往的例子构成的单一基站的天线辐射图形的分配例子(窄带)。
图2是天线辐射图形的例子。
图3A、图3B是SDMA实施时的天线辐射图形的例子(6SDMA的情形)。
图4A～图4D是SDMA实施时的天线辐射图形的例子(3SDMA的情形)。
图5是由以往的例子构成的单一基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图6是由以往的例子构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图7是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(宽带)。
图8是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(6SDMA的情形)。
图9是由本发明构成的多个基站的天线辐射图形的分配例子(3SDMA的情形)。
图10是由本发明构成的无线基站装置的结构图。
图11是本发实施时的C/I的频率特性的例子。
图12是由以往的例子构成下行SDMA波束发送装置(窄带)。
图13是由以往的例子构成下行SDMA波束发送装置(宽带)。
图14是信道分配的流程图。
图15是系统整体的结构图。
具体实施例方式
以下说明由本发明构成的实施例。图7表示在相邻的基站之间通过频率变更SDMA天线辐射图形的组合的情况。如技术问题中所说明的那样，在图6的情况下很难回避相邻基站之间的干涉。但是，通过如图7所示在相邻的基站之间按每个频率使天线辐射图形适当地不同地进行决定，从而可以分配避免了来自其他基站的干涉波束的影响的数据包。例如，若利用天线辐射图形(指向性图形)E与基站A连接，并且考虑到基站B的天线E形成强干涉波束的用户，则对于基站A来说，频率F0～F7中的F0～F3为合适的天线辐射图形，其中，在基站B中，F1和F2成为在天线辐射图形F下发送的状态。因此，该用户通过优先利用F1或者F2，可以避免来自相邻基站的干涉影响，并进行通信。
在蜂窝通信中，由于在周围存在多个基站，需要避免来自它们的干涉波束的影响，所以在波束的频率轴上或者时间轴上作为某个区域进行使用沃尔什(Walsh)函数的波束分配。由此，使来自周边基站的干涉波束所引起的影响虚拟随机化。
其结果是，作为某个终端来看，在波束朝向自己的频率(或者时间)中，产生了发生来自给予强干涉的基站的干涉的频率(或者时间)、和回避了干涉的频率(或者时间)，在信道的状态上产生很大分散。由于信道的分配是根据信道状态来进行调度，所以优先选择干涉小的频率(或者时间)，并自然回避。并且，由于可以给每个终端分配难以受到干涉的频率，所以可以使作为基站整体或通信系统整体的通信容量提高。
将图3A、图3B所示的同时发送6个波束的系统作为例子来说明第一实施例。
图3A的天线辐射图形E(1、3、5、7、9、11)和图3B的天线辐射图形F(2、4、6、8、10、12)表示分别对6个用户同时发送信号的天线辐射图形。例如如图8所示地进行相邻蜂窝之间的天线辐射图形的配置。在图8中，六角形的蜂窝表示各基站的服务区域。在六角形的中心配置基站。例如，可以看到位于图中央的名字为d的蜂窝。在蜂窝内描述有“EEEEFFFF”。这表示频率与天线辐射图形的对应。从左开始看的第一个E表示频率最低的频带的天线辐射图形为E。并且表示出，接下来的频带也同样是E图形，再接下来也为E图形，这样连续4个E图形之后再连续4个F图形。即频率F0——E图形频率F1——E图形频率F2——E图形频率F3——E图形频率F4——F图形频率F5——F图形频率F6——F图形频率F7——F图形表示出如以上所示分配天线辐射图形。将该频率与天线辐射图形的连接称为“d图形”。观察d图形的蜂窝周边，一定有d图形之外的图形包围在周围，不存在与d图形相邻的d图形。若观察相邻的图形之一，例如在“a图形”中，如频率F0——E图形频率F1——E图形频率F2——F图形频率F3——F图形频率F4——F图形频率F5——F图形频率F6——F图形频率F7——F图形所示，天线辐射图形与d图形相比改变了组合。如图7所说明的那样，在相邻的蜂窝之间避免了干涉波束。该关系被设计成对于a图形～g图形中的任两个来说都成立。因此，一定存在回避了来自相邻基站的干涉波束所引起的影响的频率，在调度中通过选择适当的频率，可以回避来自相邻基站的干涉波束的影响。若观察图8，a图形～g图形以7个蜂窝为单位重复配置。因此，被配置成，无论对于哪个蜂窝来说，配置在周围的6个蜂窝与相应蜂窝的图形都不同，所以可以回避干涉。因此，可以解决技术问题。
这里，利用沃尔什函数来设计频率与天线辐射图形的对应配置。若利用长度N的沃尔什函数，则可以设计N-1组天线辐射图形。例如，在N＝4的情况下，可以制作“1111”、“1100”、“1001”、“1010”这4个沃尔什符号。由于第一个“1111”全都是1，所以排除这个而使用“1100”、“1001”、“1010”这3个来设计天线辐射图形。天线辐射图形在如图3A、图3B所示为独立的两个图形的情况下，只要将1置换成天线辐射图形E，将0置换为天线辐射图形F，即完成设计。即为“EEFF”、“EFFE”、“EFEF”。由于在N＝4的情况下，蜂窝重复为3，所以在特定基站的周边不存在与自己本身相同的图形，但有时存在周边基站之间具有相同天线辐射图形的情况。因此，存在难以回避特定的干涉图形的情况。另一方面，若N＝8，则重复为7，所以在六角形蜂窝的情况下，如图8所示，在特定蜂窝的周围天线辐射图形一定与自己不同，可以设计成在周围的6个基站之间天线辐射图形也一定不同。因此，充分进行了天线辐射图形的随机化，回避干涉的效果也很大。通过利用沃尔什函数对频率和天线辐射图形的配置进行设计，使相邻基站的频率-指向性图形的建立对应图形正交化，从而得到蜂窝设计更加容易的效果。但是，即使没有使该建立对应图形完全正交化，如果可以确保频率-天线辐射图形的建立对应图形在相邻基站中不同，则可以得到终端中的通信高速化及提高基站中的容量的效果。
图11表示在终端一侧观测到的C/I的模式图。在图中横轴为频率，纵轴为观测到的C/I。对于该终端来说，在特定的频率100及102中，在电波最强的服务基站中使波束朝向该终端的方向发出信号。另一方面，来自相邻的基站的干涉也很大，特别是在频率102中干涉波束朝向该终端的方向。作为结果，观测到频率100是C/I最好的通信信道，并向服务基站报告。在服务基站中，例如根据正比公平调度等调度算法，进行对相应终端的信道分配。由于在正比公平调度中基于C/I进行信道分配，所以频率100被优先分配给相应终端。
使用图14说明信道分配的流程图。在图14中，纸面纵轴表示时间轴，表示时间向下段经过。3个轴分别表示基站、终端A、B，箭头表示从各个轴发出的信号的流向。首先，从基站发送信道测量用的导频信号200、201。根据天线辐射图形发送导频信号。终端A及B分别测量导频的C/I，并如图11所示制作C/I的频率分布。根据所制作的C/I结果，制作传播信道信息(CSIChannelState Information)202、203，发送给基站。CSI也可以发送整个频率的信息，但由于消耗无线频带，所以也可以仅发送超过了规定阈值的频率的传播信道信息。基站基于发送来的CSI进行信道的调度。基于调度结果，将信道分配结果204发送给相应的终端。基站还基于调度，向终端发送数据205。终端在发送来的调度中接收信号205。
使用图15表示系统整体的控制例。在图15中，2个基站300、301连接网络304，各个基站根据来自控制站302的指示被指定天线辐射图形。在特定的基站(例如300)中，业务量的请求增加。控制站302关于这样的业务量状况，定期接收来自基站的报告。在业务量超过阈值的情况下，为了优先进行业务量的分配，向周边基站发出调度抑制指示。接收到调度抑制指示的基站(例如301)进行调度的抑制，将信道分配率例如抑制在80％。与此相伴，从基站301发送信号的概率降低到80％。结果为，基站300的通信的C/I提高，并且吞吐量提高。
或者，从控制站发送动态地变更天线辐射图形的指示的方法也包括在本发明的范畴中。例如，在设置新的基站的情况下及如上所述特定区域的业务量暂时上升的情况下等，特别是向配置很多终端的方向发送希望发送很多波束的请求的情况。在这种情况下也是根据来自基站的天线辐射图形变更请求，从控制站302发送天线辐射图形变更的指示(或者许可)。基站以应答其的形式使希望发送很多波束的方向的波束图形增加。由此可以应对局部产生的业务量的增加。此外，在控制站302中，可以统一掌握该区域的基站信息，所以可以在保持管理简单的状态下进行由天线辐射图形的变更所引起的业务量的管理。
使用图9说明第2实施例。在本实施例中，使用图4A～图4D所示的4个天线辐射图形。
观察图4A～图4D的天线辐射图形，图4A的天线辐射图形A和图4C的天线辐射图形C相互之间的波束的朝向相反，空间轴上的正交性很高。此外，图4B的天线辐射图形B和图4D的天线辐射图形D也可以说是相同的。相反，在天线辐射图形A和天线辐射图形B中，由于例如波束1和2朝向相邻的方向，所以存在旁瓣与相互的主瓣相关的可能性，不能说正交性一定就高。这表示出，在天线辐射图形A和天线辐射图形B成一对的情况下，两个天线辐射图形对特定终端给予干涉的可能性很大。即表示出，在相邻的基站的天线辐射图形A为最强的干涉而回避其的情况下，在所剩下的选项只有天线辐射图形B时，很多情况下不能取得充分的回避干涉的效果。因此，在本实施例中，考虑使天线辐射图形A和天线辐射图形C成一对，并且使天线辐射图形B和天线辐射图形D成一对。若这样考虑，通过与实施例1相同的方法，就可以进行天线辐射图形A和天线辐射图形C的分配。并且，同样地，也可以进行天线辐射图形B和天线辐射图形D的分配。图9中利用这样的设计方法来分配天线辐射图形A～D。因此，在六角形蜂窝的情况下，如图9所示的例子那样，在特定蜂窝周围的蜂窝的天线辐射图形一定与自己的不同，周围的6个蜂窝也是相互之间的天线辐射图形不同。因此天线辐射图形的随机化充分，可以解决技术问题。
使用图10，说明在宽带系统中向3个方向同时发送波束的基站装置的信号处理。
图13是同时发送最大N的信号的OFDMA基础的基站装置的发送部基带处理的结构图。连接网络的网络接口8从网络取出将要发送的信息，并且存储到缓冲器7中。所存储的信息的发送定时及调制方式由调度器13决定。利用从终端报告的传播信道信息(CSIChannel State Information)，根据其品质即C/I及需求即是实时通信还是非实时通信等，来决定调制方式。基于与其他通信的优先顺序及CSI，例如，基于正比公平调度等调度算法追加考虑到是否是实时通信等需要，来决定发送定时。在基于发送预定的波束选择要发送的用户之后，使正比公平调度等调度算法动作。从缓冲器7取出调度器所决定的发送信息，由编码部6进行路径的编码及64QAM等的映射等处理。由于在图3的SDMA图形中进行发送，所以编码部6在同一频带中执行最大达6个用户同时通信的信号处理。将编码部6处理后的信号接着输入信道形成部5，添加导频信号及单独控制信道等附加信息。通过下行的波束形成部4将信道形成部5的输出乘以形成波束所需的阵列权重，将在相同频率下同时发送的信号相加，从而合成每个天线、每个副载波的信号。下行波束形成部4通过下行的波束形成控制部10被指定了阵列权重。在本实施例中，由于实施了基于如图8所示预先决定的设计的阵列权重的组合，所以在阵列权重用的存储器11中预先存储阵列权重。波束形成控制部10参照该阵列权重，对下行波束形成部4指定阵列权重。在IFFT部3中，通过波束形成部被合成为每个天线信号的每个天线、每个副载波的信号被从频域的信息变换为时域的信息，形成每个天线的信息。在模拟前端部2中将所获得的每个天线的时域信号经模拟变换及频率变换进行了适当的信号放大之后，从天线1发送。图10的上行链路也进行同样的动作。即，在模拟前端部2中将天线1所接收的信号变换为基带信号，并按适当的定时在进行FFT运算的FFT部14中变化为频域。在上行波束形成部15中通过适应控制对频域信息进行波束形成。但是，在上行中也可以使用固定的波束。通过波束形成控制部12计算用于波束形成的阵列权重。由于波束形成而降低了干涉的信号通过信道分离部16被分离了导频信号等，由解码部17进行检波和解映射、传播信道解码等处理，来形成用户的信息。经由网络接口将所获得的信息发送给网络。信道分离部16除了分离导航信息之外，还分离CSI及ACK等MAC信息。分离后的这些信息被调度器使用。
在本实施例中，为了实施图8的天线辐射图形，在存储器11中预先存储面向各基站的信息。但是，在蜂窝通信中，由于设置新的基站等而状态总是在不断变化，所以可以从网络变更天线辐射图形的信息的结构是很方便的。因此，设计了下述结构，即，存在将信息从网络接口传送给包含调度器等控制部的DSP9的路由器，经由该路由器变更存储器11的阵列权重。
工业实用性根据本发明，在蜂窝通信等使用无线的通信中，可以使用天线阵列确保高效的通信。特别是对于在蜂窝边界的用户来说，也可以容易地回避来自相邻无线基站装置的干涉。
权利要求
1.一种无线通信方法，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信方法中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
2.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，上述无线基站装置具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
3.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
4.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，使用沃尔什函数生成相邻无线基站装置之间的频率与指向性图形的对应图形。
5.一种无线基站装置，具有存储器，存储对多个频率的每一个都不同的指向性图形；波束形成部，根据存储在上述存储器中的指向性图形，将下行信号乘以阵列权重，进行每个频率的波束形成；IFFT部，对波束形成部的输出进行反向快速傅立叶转换；以及模拟前端部，将IFFT部的输出变换为模拟信号，并从天线发送；其特征在于，存储在上述存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在与相邻的无线基站装置不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应。
6.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，上述波束形成部具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，存储在上述存储器中的阵列权重使在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，在与相邻的无线基站装置不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应。
7.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，在该无线基站装置所属无线通信系统中，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，存储在组内的各无线基站装置的存储器中的阵列权重使在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形产生，并且，该阵列权重在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应。
8.如权利要求5所述的无线基站装置，其特征在于，为了生成上述与相邻的无线基站装置不同的对应图形，使用沃尔什函数规定频率与指向性图形的对应建立。
9.一种无线通信系统，至少使用2个以上无线基站装置，该无线基站装置具有利用固定的指向性图形的电波进行信号的发送或接收的功能，可以按频率选择上述指向性图形，其特征在于，在上述无线通信系统中，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
10.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，上述无线基站装置具有按时间切换指向性图形的功能，关于对由频率和时间的矩阵构成的指向性图形进行设定的单位即信道，各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的信道中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在相邻的无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同信道和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收。
11.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，以相邻的7个以上的无线基站装置为一组，组内的各无线基站装置通过使用了在2个以上不同的频率中沿同一方向具有峰值的指向性图形的电波，进行信号的发送或接收，并且，在组内的不同无线基站装置之间不同的对应图形中，使上述2个以上的不同频率和指向性图形建立对应，来进行信号的发送或接收，周期性地重复上述由相邻的7个以上的无线基站装置构成的组。
12.如权利要求9所述的无线通信系统，其特征在于，使用沃尔什函数生成相邻无线基站装置之间的频率与指向性图形的对应图形。
全文摘要
本发明是天线辐射图形的分配方法，在蜂窝型的宽带通信中，将多个基站作为组，形成一个无线系统，在多个基站排列的情况下，可以回避相互之间的干涉。在无线系统中，在分配每个频率不同的固定波束图形时，各无线基站装置使用在2个以上不同的频率中在同一方向上具有峰值的指向性图形进行电波的发送。并且，在相邻的无线基站装置之间，使用在上述2个以上不同的频率中相互不同的指向性图形进行电波的发送。
文档编号H04B7/005GK101034924SQ200710005459
公开日2007年9月12日 申请日期2007年2月8日 优先权日2006年3月6日
发明者桑原干夫, 藤岛坚三郎, 平良正宪 申请人:株式会社日立制作所, 日立通讯技术株式会社
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